一腔长、成熟度
圖1所示為電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)成熟度的總結(jié)與比較湃交。根據(jù)成熟度不同可分為三個(gè)層次:
圖1 儲(chǔ)能技術(shù)成熟度
PHS- 抽水蓄能钢拧;CAES- 壓縮空氣拯爽;Lead-Acid: 鉛酸電池培己;NiCd: 鎳鎘電池碳蛋;NaS: 鈉硫電池;ZEBRA: 鎳氯電池省咨;Li-ion: 鋰電池肃弟;Fuel cell: 燃料電池;Metal-air: 金屬空氣電池零蓉;VRB: 液流電池笤受;ZnbBr: 液流電池;PSB: 液流電池敌蜂;Solar Fuel: 太陽能燃料電池箩兽;SMES: 超導(dǎo)儲(chǔ)能;Flywheel: 飛輪章喉; Capacitor/Supercapcitor: 電容/超級(jí)電容汗贫;AL-TES: 水/冰儲(chǔ)熱/冷系統(tǒng);CES:低溫儲(chǔ)能系統(tǒng)秸脱;HT-TES:儲(chǔ)熱系統(tǒng)
(1)?成熟技術(shù):抽水蓄能電站和鉛酸電池技術(shù)已經(jīng)成熟落包,其使用已超過100年。
(2)?基本成熟的技術(shù):壓縮空氣儲(chǔ)能摊唇、鎳鎘電池咐蝇、鈉硫電池、鋰離子電池巷查、液流電池有序、超導(dǎo)磁能、飛輪岛请、電容旭寿、儲(chǔ)熱/冷等技術(shù)已經(jīng)完成研發(fā)并開始商業(yè)化,但是還沒有大規(guī)模普遍應(yīng)用髓需,它們的競爭力和可靠性仍然需要電力企業(yè)和市場來進(jìn)一步檢驗(yàn)许师。
(3) 正在研發(fā)的技術(shù):燃料電池、金屬-空氣電池和太陽能燃料正在研發(fā)中僚匆,雖然它們在技術(shù)上并沒有達(dá)到商業(yè)成熟的程度微渠,但已經(jīng)通過了多個(gè)科研機(jī)構(gòu)的研究論證。另一方面咧擂,由于能源成本和環(huán)境問題的驅(qū)動(dòng)逞盆,這幾種技術(shù)在不久的將來將具有巨大的商業(yè)潛力。
二松申、功率和放電時(shí)間
表1對各種類型電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率和放電時(shí)間進(jìn)行了比較云芦,根據(jù)它們的應(yīng)用情況,大體上分為三種類型:
(1)?能源管理:抽水儲(chǔ)能贸桶、壓縮空氣儲(chǔ)能適合于規(guī)模超過100MW和能夠?qū)崿F(xiàn)每天持續(xù)輸出的應(yīng)用舅逸,可用于大規(guī)模的能源管理,如負(fù)載均衡皇筛、輸出功率斜坡/負(fù)載跟蹤琉历。大型電池、液流電池水醋、燃料電池旗笔、太陽能電池和儲(chǔ)熱/冷適合于10~100MW的中等規(guī)模能源管理。
(2)?電力質(zhì)量:飛輪拄踪、電池蝇恶、超導(dǎo)磁能、電容反應(yīng)速度快(約毫秒)惶桐,因此可用于電能質(zhì)量管理包括瞬時(shí)電壓降撮弧、降低波動(dòng)和不間斷電源等,通常這類儲(chǔ)能設(shè)備的功率級(jí)別小于1MW姚糊。
(3)?電能橋接:電池想虎、液流電池和金屬-空氣電池不僅要有較快的響應(yīng)(約小于1秒),還要有較長的放電時(shí)間(1小時(shí))叛拷,因此比較適合橋接電能舌厨。通常此類型應(yīng)用程序的額定功率為100kW~10MW。
表1 各種儲(chǔ)能技術(shù)性能比較
表2 各種儲(chǔ)能技術(shù)性能比較(續(xù))
三忿薇、儲(chǔ)存周期
表1還給出了各種儲(chǔ)能技術(shù)的能量自耗散率裙椭,其中抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能署浩、燃料電池揉燃、金屬-空氣電池、太陽燃料和液流電池等的自耗散率很小筋栋,因此均適合長時(shí)間儲(chǔ)存炊汤。鉛酸電池、鎳鎘電池、鋰電池抢腐、儲(chǔ)熱/冷等具有中等自放電率姑曙,儲(chǔ)存時(shí)間以不超過數(shù)十天為宜。飛輪迈倍、超導(dǎo)磁能伤靠、電容每天有相當(dāng)高的自充電比,只能用在最多幾個(gè)小時(shí)的短循環(huán)周期啼染。
四宴合、成本
成本是影響儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)性的最重要因素之一。表1分別列出了以每千瓦時(shí)迹鹅、每千瓦卦洽、每千瓦時(shí)-循環(huán)為單位的各種儲(chǔ)能技術(shù)的成本⌒迸铮可見阀蒂,就每千瓦時(shí)的成本而言,壓縮空氣打肝、金屬-空氣電池脂新、抽水儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱技術(shù)成本較低粗梭。與其它形式儲(chǔ)能系統(tǒng)相比争便,在已經(jīng)成熟的儲(chǔ)能技術(shù)中壓縮空氣儲(chǔ)能的建設(shè)成本最低,抽水儲(chǔ)能次之断医。盡管電池的成本近年來下降很快滞乙,但同抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)相比仍然較高。超導(dǎo)磁能鉴嗤、飛輪斩启、電容單位輸出功率成本不高,但從儲(chǔ)能容量的角度看醉锅,價(jià)格很貴兔簇,因此它們更適用于大功率和短時(shí)間應(yīng)用場合∮菜#總體而言垄琐,在所有的電力儲(chǔ)能技術(shù)中,抽水儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能的每千瓦時(shí)儲(chǔ)能和釋能的成本都是最低的经柴。盡管近年來電池和其他儲(chǔ)能技術(shù)的周期成本已在大幅下降狸窘,但仍比抽水儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能的成本高出不少。
對于表1坯认,進(jìn)行以下說明:
(1)表1所有成本均按照2009年美元匯率換算成美元翻擒;
(2)壓縮空氣儲(chǔ)能每千瓦成本除了電站建造成本氓涣,還包括儲(chǔ)氣室建設(shè)成本,后者與儲(chǔ)氣量大小有關(guān)陋气;
(3)電池成本中不包括電池更換費(fèi)用劳吠;
(4)各儲(chǔ)能系統(tǒng)每千瓦小時(shí)發(fā)電成本(以COST表示)計(jì)算公式如下:
對于壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng):
其它儲(chǔ)能系統(tǒng):
五、效率
各種電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電循環(huán)效率如圖2所示恩伺「氨常可見椰拒,儲(chǔ)能系統(tǒng)的循環(huán)效率大致可以分為三種:
(1)?極高效率:超導(dǎo)磁能晶渠、飛輪、超大容量電容和鋰離子電池的循環(huán)效率超過90%燃观;
(2)?較高效率:抽水蓄能褒脯、壓縮空氣儲(chǔ)能、電池(鋰離子電池除外)缆毁、液流電池和傳統(tǒng)電容的循環(huán)效率為60%~90%番川;
(3)低效率:金屬-空氣電池、太陽燃料脊框、儲(chǔ)熱/冷的效率低于60%颁督;
效率計(jì)算公式一般分兩種,基于熱力學(xué)第一定律的儲(chǔ)能系統(tǒng)效率計(jì)算式:
上式適用于能量以機(jī)械能或電磁能形式儲(chǔ)存的儲(chǔ)能系統(tǒng)浇雹。
對于儲(chǔ)熱/冷系統(tǒng)沉御,除了上式,往往還需從能量品位的角度評(píng)價(jià)儲(chǔ)能過程昭灵。
基于熱力學(xué)第二定律的儲(chǔ)能系統(tǒng)效率計(jì)算式:
六吠裆、能量密度和功率密度
表2還列出了各種儲(chǔ)能技術(shù)的能量密度和功率密度,其中能量密度等于存儲(chǔ)能量除以裝置體積(或質(zhì)量)烂完,功率密度等于額定功率除以存儲(chǔ)設(shè)備的體積(或質(zhì)量)试疙。可見抠蚣,盡管金屬-空氣電池和太陽能燃料的循環(huán)效率很低祝旷,但是它們卻有極高的能量密度(~1000Wh/kg),而電池嘶窄、儲(chǔ)熱/冷和壓縮空氣儲(chǔ)能具有中等水平的能量密度怀跛。抽水儲(chǔ)能、超導(dǎo)磁能护侮、電容和飛輪的能量密度最低敌完,通常在30Wh/kg以下。然而羊初,超導(dǎo)磁能滨溉、電容和飛輪的功率密度是非常高的什湘,它們更適用于大放電電流和快速響應(yīng)下的電力質(zhì)量管理。鈉硫電池和鋰離子電池的能量密度比其它傳統(tǒng)電池的高晦攒,液流電池的能量密度比傳統(tǒng)電池稍低(應(yīng)該注意的是闽撤,不同廠商生產(chǎn)的相同類型的儲(chǔ)能系統(tǒng)會(huì)在能量密度數(shù)據(jù)有所不同)。
表2各儲(chǔ)能系統(tǒng)能量密度計(jì)算式為:
或
脯颜,以下是不同儲(chǔ)能系統(tǒng)所儲(chǔ)存的能量值E哟旗。
(1)抽水蓄能儲(chǔ)存的機(jī)械能計(jì)算式為:
其中H為水位高度,g為重力加速度栋操,V為水庫容量闸餐,為水密度。
(2)壓縮空氣儲(chǔ)存的能量計(jì)算式為:
其中P為絕對壓力矾芙,V為儲(chǔ)氣容積舍沙,m為儲(chǔ)存的空氣質(zhì)量,R為理想氣體常數(shù)剔宪,T為絕對溫度拂铡,V1-V2為壓縮過程前后空氣體積。
(3)飛輪儲(chǔ)存的機(jī)械能計(jì)算式為:
其中J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量葱绒,為飛輪角速度感帅。
(4)超導(dǎo)儲(chǔ)能儲(chǔ)存的電能計(jì)算式為:
其中L為線圈電感系數(shù),I為線圈電流地淀。
(5)電容儲(chǔ)存的電能計(jì)算式為:
其中C為電容失球,V為電壓,Q為總的電荷骚秦。
(6)儲(chǔ)熱系統(tǒng)儲(chǔ)存的熱量計(jì)算式為:
非相變儲(chǔ)熱:
其中m為儲(chǔ)熱介質(zhì)質(zhì)量她倘,T1,T2為吸熱前后溫度作箍,Cp為比熱容硬梁。
相變儲(chǔ)熱:
其中m為相變介質(zhì)質(zhì)量,為相變熱胞得,Cp為比熱容荧止,m為相變點(diǎn)。
七阶剑、使用壽命和循環(huán)次數(shù)
表2還比較了不同電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用壽命和循環(huán)次數(shù)跃巡。可以看出牧愁,那些在原理上主要依靠電磁技術(shù)的電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的循環(huán)周期非常長素邪,通常大于20000次。例如猪半,包括超導(dǎo)磁能和電容器兔朦。機(jī)械能或儲(chǔ)熱系統(tǒng)(包括抽水蓄能偷线、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪沽甥、儲(chǔ)熱/冷)也有很長的循環(huán)周期声邦。由于隨著運(yùn)行時(shí)間的增加會(huì)發(fā)生化學(xué)性質(zhì)的變化,因此電池和液流電池的循環(huán)壽命較其它系統(tǒng)低摆舟。
關(guān)于微控新能源
深圳微控新能源技術(shù)有限公司(簡稱微控或微控新能源)是全球物理儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)航者亥曹。公司全球總部位于深圳,業(yè)務(wù)覆蓋北美恨诱、歐洲媳瞪、亞洲、拉美等地區(qū)胡野,憑借“安全材失、可靠痕鳍、高效”的全球領(lǐng)先的磁懸浮能源技術(shù)硫豆,產(chǎn)品與服務(wù)廣泛受到華為、GE笼呆、ABB熊响、西門子、愛默生等眾多世界500強(qiáng)企業(yè)的信賴诗赌。
面向未來能源“更清潔汗茄、高密度、數(shù)字化”的三大趨勢铭若,公司持續(xù)致力于為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)提供能源運(yùn)輸洪碳、儲(chǔ)存、回收叼屠、數(shù)據(jù)化管理提供系統(tǒng)解決方案瞳腌。